一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩及其施工方法，主要包括：护筒和混凝土桩两部分组成；护筒包括聚苯乙烯塑料泡沫板、膨胀螺栓、透气孔、防水层、保温层，聚苯乙烯塑料泡沫板为圆柱形的桶状结构，桶内侧附着保温层，桶外侧附着防水层，透气孔贯通分布在桶壁上，透气孔的深度与聚苯乙烯塑料泡沫板厚度相同，膨胀螺栓将聚苯乙烯塑料泡沫板与基坑内壁固定连接；混凝土桩包括二次浇注细石混凝土、配筋、螺旋箍、支撑板、桩体、固定孔、包囊、混凝土浇注孔，本发明专利技术的基础桩施工简单、造价低，污染小，耐腐蚀性强，对于桩基础的抗冻胀作用更为有利。

Frost proof foundation pile for photovoltaic support in frozen soil area and construction method thereof

The invention discloses a method for frozen area photovoltaic bracket antifreeze foundation pile and its construction method, mainly including: casing and concrete pile is composed of two parts; casing including polystyrene foam board, expansion bolts, air holes, waterproof layer, insulating layer, polystyrene plastic foam board for cylindrical barrel structure, inner barrel attached to the insulation layer, the outer side of the barrel attached to the waterproof layer, through the distribution of air holes on the barrel wall, air hole depth and the thickness of polystyrene foam board, plastic foam board and the inner wall of the pit of polystyrene is fixedly connected with the expansion bolt; including two pouring concrete pile of fine stone concrete reinforcement, support plate, spiral hoop the pile body, the fixing hole, cyst, concrete pouring hole, pile foundation construction of the invention is simple, low cost, little pollution, strong corrosion resistance, for pile foundation The frost heaving action is more favorable.

【技术实现步骤摘要】
一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩及其施工方法
本专利技术属于冻土地区混凝土桩基础施工
，具体来讲是涉及一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩及其施工方法。
技术介绍
北方地区冬季气温降低至0℃以下时,地表土中水开始冻结,气温越低,低温持续时间越长,土层冻结深度就越大。当上部土层冻结后,由于毛细作用,促使下面的水分上升而冻结,土层冻结体积膨胀,即冻胀；当天气转暖,气温升高土内解冻,冰就化成水,而土中水分过多,致使基底下的土处于松软状态,抗剪强度大大降低,产生沉降,即融陷。基础土冻胀和融陷对建(构)筑物的影响如下:如果基础的埋置深度浅于冻结深度,则基底下的土冻结后,产生向上顶的推力,这种推力就有可能使建(构)筑物开裂。如果不仅在基底下的土冻结,而且在基础侧面的土也冻结,这时,建(构)筑物将因土冻胀而产生严重变形。当温度升高,土内解冻时,建(构)筑物又将发生大量的沉降,不均匀沉降,并再次出现裂缝,冻害严重的建(构)筑物也容易倾斜,甚至倒塌。常用的的防冻胀的措施如下:1.换填法；2.物理化学法；3.保温法；4隔离法。具体到桩基础,采用的隔离法为桩外加套管方法。桩外加套管方法是在冻层范围内,在桩外加一套管。套管常采用铁(钢)管,套管与桩留2～5cm的间隙,内填充黄油、沥青、或废机油等。为防止油类流出,套管上下两端均用橡皮圈或沥青麻丝封住。对于光伏项目,由于工期通常较紧,对于工艺较复杂的传统的桩外加套管的方法,实施起来难度很大。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种操作简单，固定效果好，安全环保的用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩及其施工方法。本专利技术的技术方案为：一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，主要包括：护筒和混凝土桩两部分组成；所述的护筒包括聚苯乙烯塑料泡沫板、膨胀螺栓、透气孔、防水层、保温层，所述的聚苯乙烯塑料泡沫板为圆柱形的桶状结构，桶内侧附着保温层，桶外侧附着防水层，所述的透气孔贯通分布在桶壁上，透气孔的深度与聚苯乙烯塑料泡沫板厚度f相同，所述的膨胀螺栓将聚苯乙烯塑料泡沫板与基坑内壁固定连接；所述的混凝土桩包括二次浇注细石混凝土、配筋、螺旋箍、支撑板、桩体、固定孔、包囊、混凝土浇注孔，所述的螺旋箍环绕在配筋的四周，配筋的顶部嵌入安装在二次浇注细石混凝土上，所述的二次浇注细石混凝土的外侧被包囊紧密包裹，所述的包囊顶部与混凝土浇注孔连接，所述的二次浇注细石混凝土高度b的中心位置与配筋的顶部在同一水平线上，所述的桩体上部为圆柱形，下部为锥形，上下部的连接处设置支撑板，所述的支撑板上分布若干固定孔，所述的固定孔为正六边形形状。进一步的，所述的基础桩的柱长e为地下深度与出地面高度c之和，所述的出地面高度c通过地面标高a的位置决定，所述的膨胀螺栓长度为聚苯乙烯塑料泡沫板厚度f的1.5-2.5倍，所述的聚苯乙烯塑料泡沫板厚度f根据冻土性质计算确定，聚苯乙烯塑料泡沫板的长度与冻土深度d保持一致，将混凝土桩与冻胀土隔离，在一定的起始压力产生变形，有效阻挡混凝土桩的纵向受力。进一步的，所述的桩基础的外径h尺寸是内径g的1.1-1.3倍，所述的出地面高度c为柱长e的0.15-0.25倍，可以根据光伏支架的受力范围选择，有效控制成本。进一步的，所述的防水层采用聚丙烯防水基布，厚度为2-4mm，阻挡水在混凝土桩的渗透，提高使用寿命。进一步的，所述的保温层为由EPS形成，厚度为2-3cm，EPS为聚苯乙烯泡沫，采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化，产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料，具有良好的保温效果。进一步的，所述的螺旋箍的箍筋长度计算公式为：其中，L＝每米桩螺旋箍筋长度(m)；S＝螺旋箍筋螺距(m)；R＝桩直径(m)；C＝保护层厚度(m)；d＝螺旋箍筋直径(m)；保护层厚度为纵向钢筋外缘至混凝土表面的最小距离。一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩的施工方法，主要包括以下步骤：步骤一：根据冻土区域的光伏支架分布方案选择确定的施工区域，确定地面标高a，然后根据光伏支架的尺寸确定灌注桩的外径h及数量，在桩位处施打设计深度的钻孔，桩孔底部施工成锥形，施工完成后，将相关工具提出，四周粘质土夯实；步骤二：将支撑板放入桩孔内，水平卡在桩孔底部的锥形上方的位置，将粘附好防水层的聚苯乙烯塑料泡沫板放入桩孔内，聚苯乙烯塑料泡沫板的高度与冻土的深度对应一致，通过膨胀螺栓将聚苯乙烯塑料泡沫板固定，然后使用长管发泡装置深入，发泡形成保温层，将配筋和螺旋箍固定成整体框架放入桩孔内，使用钢丝从上方吊住，在地上部分使用金属板进行固定，形成混凝土包囊，包囊上端固定混凝土浇注孔，然后向浇注孔内插入混凝土导管，并通过混凝土导管连续浇筑混凝土，直到包囊内混凝土接近包囊内顶端，最终与桩孔侧壁土体粘结固化为一体，固结达到设计强度要求；步骤三：向浇注孔进行二次浇注细石混凝土，所述的二次浇注细石混凝土是在混凝土桩的顶部平铺一层细石混凝土保护层，二次浇注细石混凝土高度b为50mm。进一步的，所述的基础桩的制作方法包括以下步骤：步骤一：支撑板制备：在厚度为20mm的钢板机械加工出一个直径为桩孔直径1.05-1.1倍的的圆形钢板，然后将圆形钢板的边缘加工成20-30个等边三角形，所述的等边三角形的边长为圆形钢板直径的0.06-0.08倍，然后在圆形钢板上机加出1-4个固定孔，固定孔的直径为支撑板直径的0.2-0.3倍，即得到所述的支撑板；步骤二：整体框架制备：将四根竖向配筋作为长方体的四个较长的边，每个相邻配筋之间的距离相同，添加八根横向配筋，焊接形成长方体状框架，所述的配筋直径为2.0-2.2cm，然后将螺旋箍缠绕在长方体状框架的四周，螺旋箍与每个配筋接触的地方，使用铁丝固定，即得到所述的整体框架；步骤三：聚苯乙烯塑料泡沫板制备：根据所述的聚苯乙烯塑料泡沫板厚度f、长度以及桩基础的外径h对聚苯乙烯塑料泡沫进行加工，即得到所述的聚苯乙烯塑料泡沫板。进一步的，根据冻土性质来确定所述的聚苯乙烯塑料泡沫板厚度f，冻土的温度越低,含水量越大,强度越大，长期荷载作用下的冻土极限抗压强度比瞬时荷载下的抗压强度要小许多倍；冻土融化后的抗压强度与抗剪强度均显著降低，冻土的变形性质主要依靠冻胀性来判断，影响冻胀性的因素：温度、土的颗粒大小、含水量等，土颗粒越粗,含水量越小,冻胀性就越小；反之越大.土的冻胀性的大小用冻胀率n来表示，冻胀率是岩土冻结前后体积之差与冻结前体积之比，当n＝0.1时，聚苯乙烯塑料泡沫板厚度f＝50mm，当n每增大或者减小0.01，聚苯乙烯塑料泡沫板厚度f增大或者减小10nm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：施工方法简单；采用聚苯乙烯塑料泡沫板作为护筒，造价远低于钢(铁)管套筒，有一定的适应变形的能力，对环境的污染小，在地下的耐腐蚀能力强；当冻胀作用的法向力超过护筒的起始压力时，护筒受到挤压，体积明显变小，由于混凝土桩在冻胀力的作用下，变形很小，从而使该桩基础上部截面小下部截面大，类似于扩底桩，对于桩基础的抗冻胀作用更为有利。附图说明图1是本专利技术一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩施工示意图；其中，1-聚苯乙烯塑料泡沫板，2-支撑板，3-二次浇注细石混凝土，4-配筋，5-螺旋箍，6-膨胀螺栓，7-透气孔，8-桩体，9-固定孔，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，其特征在于，主要包括：护筒和混凝土桩两部分组成；所述的护筒包括聚苯乙烯塑料泡沫板(1)、膨胀螺栓(6)、透气孔(7)、防水层(10)、保温层(11)，所述的聚苯乙烯塑料泡沫板(1)为圆柱形的桶状结构，桶内侧附着保温层(11)，桶外侧附着防水层(10)，所述的透气孔(7)贯通分布在桶壁上，透气孔(7)的深度与聚苯乙烯塑料泡沫板(1)厚度f相同，所述的膨胀螺栓(6)将聚苯乙烯塑料泡沫板(1)与基坑内壁固定连接；所述的混凝土桩包括二次浇注细石混凝土(3)、配筋(4)、螺旋箍(5)、支撑板(2)、桩体(8)、固定孔(9)、包囊(12)、混凝土浇注孔(13)，所述的螺旋箍(5)环绕在配筋(4)的四周，配筋(4)的顶部嵌入安装在二次浇注细石混凝土(3)上，所述的二次浇注细石混凝土(3)的外侧被包囊(12)紧密包裹，所述的包囊(12)顶部与混凝土浇注孔(13)连接，所述的二次浇注细石混凝土(3)高度b的中心位置与配筋(4)的顶部在同一水平线上，所述的桩体(8)上部为圆柱形，下部为锥形，上下部的连接处设置支撑板(2)，所述的支撑板(2)上分布若干固定孔(9)，所述的固定孔(9)为正六边形形状。...

【技术特征摘要】
1.一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，其特征在于，主要包括：护筒和混凝土桩两部分组成；所述的护筒包括聚苯乙烯塑料泡沫板(1)、膨胀螺栓(6)、透气孔(7)、防水层(10)、保温层(11)，所述的聚苯乙烯塑料泡沫板(1)为圆柱形的桶状结构，桶内侧附着保温层(11)，桶外侧附着防水层(10)，所述的透气孔(7)贯通分布在桶壁上，透气孔(7)的深度与聚苯乙烯塑料泡沫板(1)厚度f相同，所述的膨胀螺栓(6)将聚苯乙烯塑料泡沫板(1)与基坑内壁固定连接；所述的混凝土桩包括二次浇注细石混凝土(3)、配筋(4)、螺旋箍(5)、支撑板(2)、桩体(8)、固定孔(9)、包囊(12)、混凝土浇注孔(13)，所述的螺旋箍(5)环绕在配筋(4)的四周，配筋(4)的顶部嵌入安装在二次浇注细石混凝土(3)上，所述的二次浇注细石混凝土(3)的外侧被包囊(12)紧密包裹，所述的包囊(12)顶部与混凝土浇注孔(13)连接，所述的二次浇注细石混凝土(3)高度b的中心位置与配筋(4)的顶部在同一水平线上，所述的桩体(8)上部为圆柱形，下部为锥形，上下部的连接处设置支撑板(2)，所述的支撑板(2)上分布若干固定孔(9)，所述的固定孔(9)为正六边形形状。2.如权利要求1所述的一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，其特征在于，所述的基础桩的柱长e为地下深度与出地面高度c之和，所述的出地面高度c通过地面标高a的位置决定，所述的膨胀螺栓(6)长度为聚苯乙烯塑料泡沫板(1)厚度f的1.5-2.5倍，所述的聚苯乙烯塑料泡沫板(1)厚度f根据冻土性质计算确定，聚苯乙烯塑料泡沫板(1)的长度与冻土深度d保持一致。3.如权利要求1所述的一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，其特征在于，所述的桩基础的外径h尺寸是内径g的1.1-1.3倍，所述的出地面高度c为柱长e的0.15-0.25倍。4.如权利要求1所述的一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，其特征在于，所述的防水层(10)采用聚丙烯防水基布，厚度为2-4mm。5.如权利要求1所述的一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，其特征在于，所述的保温层(11)为由EPS形成，厚度为2-3cm。6.如权利要求1所述的一种用于冻土地区光伏支架的防冻基础桩，其特征在于，所述的螺旋箍(5)的箍筋长度计算公式为：其中，L＝每米桩螺旋箍筋长度(m)；S＝螺旋箍筋螺距(m)；R＝桩直径(m)；C＝保护层厚度(m)；d＝螺旋箍筋直径(m)；保护层厚度为纵向...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东顺，王智勇，窦海林，刘虎堂，
申请(专利权)人：中联西北工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61